linux 3网络基础 tcp状态和多路IO

标签：set addr int tcp 描述符 FD IO linux select

1.tcp状态

概念图

![tcp状态](I:\网络基础3 day\tcp状态.png)

简化图

![tcp状态简化图](I:\网络基础3 day\tcp状态简化图.png)

简化图未考虑特殊情况

netstat 命令（了解)

2.半关闭状态

半关闭
主动方不可以在应用层发送数据，但是可以读数据 FIN WAIT 2 阶段

![半关闭](I:\网络基础3 day\半关闭.jpg)

半关闭函数

#include <sys/socket.h>
int shutdown(int sockfd, int how);
sockfd: 需要关闭的socket的描述符
how:    允许为shutdown操作选择以下几种方式:
    SHUT_RD(0)：    关闭sockfd上的读功能，此选项将不允许sockfd进行读操作。
                   该套接字不再接收数据，任何当前在套接字接受缓冲区的数据将被无声的丢弃掉。
    SHUT_WR(1):     关闭sockfd的写功能，此选项将不允许sockfd进行写操作。进程不能在对此套接字发出写操作。
    SHUT_RDWR(2):   关闭sockfd的读写功能。相当于调用shutdown两次：首先是以SHUT_RD,然后以SHUT_WR。

可以文件操作
直接更改文件的读写权限，我用该函数关闭了文件描述符,其他获取相同文件但是不同描述符的照样不能读写

3.心跳包

![心跳包](I:\网络基础3 day\心跳包.png)

如果对方异常断开,本机检测不到,一直等待,浪费资源

需要设置tcp的保持连接,作用就是每隔一定的时间间隔发送探测分节,如果连续发送多个探测分节对方还未回,就将次连接断开

int keepAlive = 1;

setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_KEEPALIVE, (void*)&keepAlive, sizeof(keepAlive));

心跳包: 最小粒度

乒乓包: 携带比较多的数据的心跳包

4.设置端口复用

2msl 端口占用
端口复用使端口重新启用

int opt = 1;
    setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));
注意: 程序中设置某个端口重新使用,在这之前的其他网络程序将不能使用这个端口

5.三种对信息处理方式

多路IO转接技术
高并发服务器
线程 ->栈
1.阻塞等待

消耗资源

![阻塞等待](I:\网络基础3 day\阻塞等待.png)

2.非阻塞忙轮询
消耗CPU

![非阻塞忙轮询](I:\网络基础3 day\非阻塞忙轮询.png)

3.多路IO转接技术
内核:监听事件监听文件描述符变化（读写缓冲区）
内核：poll epoll select

poll epoll select
win ->select 跨平台
poll ->少用
epoll->linux 利用![多路IO](I:\网络基础3 day\多路IO.png)

6.select api

\#include <sys/select.h>

 /* According to earlier standards */

    \#include <sys/time.h>

    \#include <sys/types.h>

    \#include <unistd.h>

    int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,

         fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);

功能: 监听多个文件描述符的属性变化(读,写,异常)

    void FD_CLR(int fd, fd_set *set);

    int FD_ISSET(int fd, fd_set *set);

    void FD_SET(int fd, fd_set *set);

    void FD_ZERO(fd_set *set);

参数:

   nfds : 最大文件描述符+1

   readfds : 需要监听的读的文件描述符存放集合

   writefds :需要监听的写的文件描述符存放集合  NULL

   exceptfds : 需要监听的异常的文件描述符存放集合 NULL

   timeout: 多长时间监听一次  固定的时间,限时等待  NULL 永久监听

   struct timeval {

        long  tv_sec;     /* seconds */ 秒

        long  tv_usec;    /* microseconds */微妙

      };

 返回值: 返回的是变化的文件描述符的个数

注意: 变化的文件描述符会存在监听的集合中,未变化的文件描述符会从集合中删除

内核中pCB表中文件描述符以位图存在

![pcb位图文件名是](I:\网络基础3 day\pcb位图文件名是.png)

7.select原理

![select原理](I:\网络基础3 day\select原理.jpg)

8.select代码

void prtip(struct sockaddr_in* cliaddr)
{
	char ip[16] = "";
	printf("主机 ip=%s port=%d 即将链接\n", inet_ntop(AF_INET, &(cliaddr->sin_addr.s_addr), ip, 16),
		ntohs(cliaddr->sin_port));

}
void prtiplk(struct sockaddr_in* cliaddr)
{
	char ip[16] = "";
	printf("主机 ip=%s port=%d 即将断开\n", inet_ntop(AF_INET, &(cliaddr->sin_addr.s_addr), ip, 16),
		ntohs(cliaddr->sin_port));

}
int main()
{
	//
	// fd_set *readfds
	fd_set newreadfds;
	fd_set oldreadfds;
	//创建套接字

	printf("请输入服务器端口号\n");
	char buf[8] = "";

	read(STDIN_FILENO, buf, sizeof(buf));
	printf("   \n");
	printf("等待客户端链接\n");
	int port = atoi((char*)buf);
	//创建 绑定
	int lfd = tcp4bind(port, NULL);
	//监听
	Listen(lfd, 128);
	int maxfd = lfd;//最大文件描述符号
	//提取 前置处理
	//清空监听的文件描述符集合 	fd_set newreadfds;
//	fd_set oldreadfds;
	FD_ZERO(&oldreadfds);
	FD_ZERO(&newreadfds);
	//添加进入 old集合 原置集合
	//new 接收有数据的文件描述符集合
	FD_SET(lfd, &oldreadfds);
	struct sockaddr_in as;
	socklen_t len = sizeof(&as);
	while (1)
	{
	
		newreadfds = oldreadfds;
		//开始处理
		int n = select(maxfd + 1, &newreadfds, NULL, NULL, NULL);
		//根据N的大小来判断是否有数据收取
		if (n == 0)
		{

			//继续下一次循环
			
			continue;
		}
		else if (n > 0)
		{
			
			//判断是要提取 还是其他
			//lfd变化 代表有新的主机要链接
			if (FD_ISSET(lfd, &newreadfds))
			{
				int cfd = Accept(lfd, (struct sockaddr*)&as, &len);
				prtip(&as);
				FD_SET(cfd, &oldreadfds);
				//更新maxfd
				if (cfd > maxfd)
				{
					//防止释放后获得更小的
					maxfd = cfd;
				}
				if (--n == 0)
				{
					//      如果只有一个继续监听
					
					continue;
				}
				
				//多个集合开始读 判断拿下cfd变化  遍历lfd之后的文件描述符是否在rset集合中,如果在则cfd变化
				
			}
		
			for (int i = lfd + 1; i <= maxfd; i++)
				{
					if (FD_ISSET(i, &newreadfds))
					{
						char buf[1500] = "";
						int ret = Read(i, buf, sizeof(buf));
						if (ret < 0)//出错,将cfd关闭,从oldset中删除cfd
						{
							perror("");
							close(i);
							FD_CLR(i, &oldreadfds);
							continue;
						}
						else if (ret == 0)
						{
							
							printf("客户端%d 即将断开链接\n",i);
							close(i);
							FD_CLR(i, &oldreadfds);

						}
						else
						{
							printf("客户端%d :%s\n", i,buf);


						}
					}


				}

		}



	}//while循环结束
	return 0;
}

9.select 缺点

优点：跨平台

缺点

文件描述符1024限制由于宏限制需要重新编译内核
只是返回文件描述符个数具体变化要遍历
每次都要从应用层拷贝至内核

特殊案例解决

假设 4-1023文件描述符需要监听但是5-1000这些被关闭了

假设4-1023文件描述符需要监听，但是只有5-1000发来信息

大量并发少量活跃效率低

select 数组法

#define SERV_PORT 8888

int main(int argc, char *argv[])
{
    int i, j, n, maxi;

    int nready, client[FD_SETSIZE];                 /* 自定义数组client, 防止遍历1024个文件描述符  FD_SETSIZE默认为1024 */
    int maxfd, listenfd, connfd, sockfd;
    char buf[BUFSIZ], str[INET_ADDRSTRLEN];         /* #define INET_ADDRSTRLEN 16 */
    struct sockaddr_in clie_addr, serv_addr;
    socklen_t clie_addr_len;
    fd_set rset, allset;                            /* rset 读事件文件描述符集合 allset用来暂存 */

    listenfd = Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    //端口复用
    int opt = 1;
    setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));


    bzero(&serv_addr, sizeof(serv_addr));
    serv_addr.sin_family= AF_INET;
    serv_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    serv_addr.sin_port= htons(SERV_PORT);


    Bind(listenfd, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr));
    Listen(listenfd, 128);

    maxfd = listenfd;                                           /* 起初 listenfd 即为最大文件描述符 */

    maxi = -1;                                                  /* 将来用作client[]的下标, 初始值指向0个元素之前下标位置 */
    for (i = 0; i < FD_SETSIZE; i++)
        client[i] = -1;                                         /* 用-1初始化client[] */

    FD_ZERO(&allset);
    FD_SET(listenfd, &allset);                                  /* 构造select监控文件描述符集 */

    while (1) {   
        rset = allset;                                          /* 每次循环时都从新设置select监控信号集 */

        nready = select(maxfd+1, &rset, NULL, NULL, NULL);      //2  1--lfd  1--connfd
        if (nready < 0)
            perr_exit("select error");

        if (FD_ISSET(listenfd, &rset)) {                        /* 说明有新的客户端链接请求 */

            clie_addr_len = sizeof(clie_addr);
            connfd = Accept(listenfd, (struct sockaddr *)&clie_addr, &clie_addr_len);       /* Accept 不会阻塞 */
            printf("received from %s at PORT %d\n",
                    inet_ntop(AF_INET, &clie_addr.sin_addr, str, sizeof(str)),
                    ntohs(clie_addr.sin_port));

            for (i = 0; i < FD_SETSIZE; i++)
                if (client[i] < 0) {                            /* 找client[]中没有使用的位置 */
                    client[i] = connfd;                         /* 保存accept返回的文件描述符到client[]里 */
                    break;
                }

            if (i == FD_SETSIZE) {                              /* 达到select能监控的文件个数上限 1024 */
                fputs("too many clients\n", stderr);
                exit(1);
            }

            FD_SET(connfd, &allset);                            /* 向监控文件描述符集合allset添加新的文件描述符connfd */

            if (connfd > maxfd)
                maxfd = connfd;                                 /* select第一个参数需要 */

            if (i > maxi)
                maxi = i;                                       /* 保证maxi存的总是client[]最后一个元素下标 */

            if (--nready == 0)
                continue;
        } 

        for (i = 0; i <= maxi; i++) {                               /* 检测哪个clients 有数据就绪 */

            if ((sockfd = client[i]) < 0)
                continue;//数组内的文件描述符如果被释放有可能变成-1
            if (FD_ISSET(sockfd, &rset)) {

                if ((n = Read(sockfd, buf, sizeof(buf))) == 0) {    /* 当client关闭链接时,服务器端也关闭对应链接 */
                    Close(sockfd);
                    FD_CLR(sockfd, &allset);                        /* 解除select对此文件描述符的监控 */
                    client[i] = -1;
                } else if (n > 0) {
                    for (j = 0; j < n; j++)
                        buf[j] = toupper(buf[j]);
                    Write(sockfd, buf, n);
                    Write(STDOUT_FILENO, buf, n);
                }
                if (--nready == 0)
                    break;                                          /* 跳出for, 但还在while中 */
            }
        }
    }

    Close(listenfd);

    return 0;
}

![解决方法](I:\网络基础3 day\解决方法.png)

标签：set,addr,int,tcp,描述符,FD,IO,linux,select
From： https://www.cnblogs.com/lzfyz/p/17594117.html